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Lors de la sélection des batteries de refroidissement pour les centrales de traitement d’air (CTA), il est essentiel d’utiliser des données d’entrée pertinentes afin de garantir un dimensionnement adéquat de la puissance frigorifique. Des batteries surdimensionnées entraînent des refroidisseurs eux-mêmes surdimensionnés, ce qui peut augmenter considérablement les coûts d’investissement.
Dans cet article, William Lawrance, Chef de Produit Senior – Projets Stratégiques, explique en détail cette problématique à l’aide d’un exemple concret et de diagrammes de Mollier pour le calcul de la température et de l’humidité.
Lorsqu’un flux d’air est refroidi, de l’énergie est extraite. Cette énergie dépend à la fois de la température et de l’humidité. Il est donc primordial, lors du choix d’une batterie de refroidissement, d’utiliser les valeurs exactes de température et d’humidité de l’air à l’entrée de la batterie dans les calculs. La relation entre la température et l’humidité est appelée enthalpie, et la variation d’enthalpie représente l’énergie de refroidissement nécessaire.
Or, la température et l’humidité de l’air extérieur varient indépendamment selon les conditions météorologiques. Par exemple, le matin, la température augmente tandis que l’humidité diminue.
Les graphiques ci-dessous illustrent cette relation sur la journée la plus chaude d’une période de test, en montrant température, humidité et enthalpie.
On constate que le pic de température coïncide généralement avec le taux d’humidité relative le plus bas. Cela s’explique par le fait que l’air chaud peut contenir plus d’humidité que l’air froid. Ainsi, l’enthalpie maximale se produit généralement lorsque la température atteint son maximum. En conséquence, les valeurs de température et d’humidité utilisées pour dimensionner une batterie doivent correspondre au même instant et ne pas être sélectionnées indépendamment. Si l’on prend la température maximale et l’humidité maximale séparément, le dimensionnement obtenu sera bien trop élevé.
Lors de la conception d'une unité de traitement de l'air avec une batterie de refroidissement, les niveaux de température et d'humidité sélectionnés sont généralement légèrement inférieurs aux niveaux maximaux. Différentes méthodologies existent pour effectuer cette sélection, mais il est essentiel que la température et l'humidité soient concomitantes.
Une sélection indépendante des valeurs maximales de température et d'humidité peut entraîner des conséquences indésirables, comme l'illustre l'exemple suivant :
Tout d'abord, dans les applications de confort, les batteries de refroidissement sont généralement dimensionnées pour une température de soufflage de 17 degrés Celsius (données statistiques provenant de AHU Design).
Exemple pratique : impact sur la puissance frigorifique
Prenons l’exemple de Norrköping, en Suède, avec des conditions climatiques réelles. Des villes comme Valence et Madrid (Espagne), ainsi que Londres (Royaume-Uni), sont également analysées pour illustrer le concept.
En reportant les données de Norrköping sur un diagramme de Mollier, on observe que l’utilisation d’une humidité maximale incorrecte entraîne une puissance frigorifique calculée plus de trois fois supérieure à la valeur réelle nécessaire.
Ces résultats confirment l’importance cruciale d’utiliser les bonnes valeurs d’humidité lors du choix des batteries de refroidissement.
Récupération d'énergie: un levier pour optimiser le refroidissement
L’exemple ci-dessus ne prend pas encore en compte la récupération de l’énergie de refroidissement. Or, en intégrant cette donnée, la puissance requise pour la batterie de refroidissement peut être considérablement réduite, notamment grâce à l’utilisation d’un échangeur rotatif à adsorption
Reprenons l’exemple de Norrköping avec :
- Une température de soufflage : 17°C
- Une température d’extraction : 23°C avec 55% d’humidité relative
- Une efficacité thermique de l’échangeur rotatif : 81,1%
- Une efficacité de transfert d’humidité : 80,9%
Un échangeur rotatif à adsorption extrait l’humidité de l’air extérieur et la transfère vers l’air extrait. Il abaisse également la température de 2 à 3°C, réduisant ainsi d’environ un tiers la puissance frigorifique nécessaire. Dans une configuration de refroidissement modéré, l’échangeur rotatif permet aussi d’obtenir un air soufflé beaucoup plus sec. Sans échangeur rotatif, il faudrait refroidir l’air à 13°C pour atteindre la même teneur en humidité, ce qui augmenterait la demande en puissance frigorifique de 70%.
Ainsi, l'échangeur rotatif à sorption réduit la puissance de refroidissement requise et permet l'utilisation d'un groupe frigorifique plus petit, réduisant ainsi la charge en réfrigérant. De plus, la consommation énergétique du groupe frigorifique est considérablement diminuée.
Pour aller plus loin :
Découvrez notre article sur la technologie à sorption
En savoir plus sur le refroidissement à sec
Explorez AHU Design, notre logiciel de sélection produit qui facilite le choix des batteries de refroidissement.
